入侵植物对本地植物菌根真菌侵染及机制的影响

论文摘要

随着全球经济和贸易一体化进程的加快,外来植物入侵已成为人们不可忽视的生态问题。相对入侵植物的地上部分来说,对入侵植物地下部分了解较少。外来植物不但具有高效的资源利用效率,还可以通过干扰本地植物与菌根真菌的共生关系实现入侵。菌根真菌和根系的共生是植物生长和发育的重要保障,对这种共生关系的破坏成为外来植物重要的入侵途径。植物的生态策略是一种植物在与环境长期适应和进化过程中所形成的,入侵植物有不同的生态策略。例如,基于植物投资-收益的权衡的快策略和慢策略。不同策略的入侵植物对于本地植物菌根真菌的影响可能也不同,然而从快策略和慢策略的角度进行这方面的研究还比较少。为了探究不同生态策略的入侵植物对本地植物菌根真菌的影响,我们以瘤突苍耳（Xanthium strumarium）、刺萼龙葵（Solanum rostratum）、三裂叶豚草（Ambrosia trifida）、反枝苋（Amaranthus retroflexus）和粗毛牛膝菊（Galinsoga quadriradiata）这5种入侵植物作为研究对象。同时,为了表征不同生态策略的入侵植物对不同本地植物菌根真菌的影响是否有普遍性,我们选择了辽宁省常见的本地共生植物苍耳（Xanthium sibiricum）、狗尾草（Setaria viridis）、稗草（Echinnochloa crusgalli）和黄花蒿（Artemisia annua）作为研究对象。通过室外盆栽实验,我们做了如下3个实验:（1）研究不同生态策略的入侵植物对本地植物菌根真菌的影响;（2）研究入侵植物刺萼龙葵对本地植物菌根真菌的影响是否受土壤养分的调节;（3）研究入侵植物粗毛牛膝菊对本地植物菌根真菌的影响是否被环境光照水平（处理为遮光58%）所改变。我们采用了常用的镜检法测定菌根真菌侵染率,并且通过高通量测序技术的定量功能从分子的角度获知本地植物菌根真菌群落的组成和相对丰度。具体研究结果如下:（1）不同生态策略的入侵植物对本地植物菌根真菌侵染率的影响生物量越大的入侵种（快策略）对本地植物苍耳菌根真菌的侵染率的影响越小（P=0.003）,这一点与我们的预期截然相反;生物量越大的入侵种（快策略）对苍耳根的氮浓度的影响越大（P=0.011）,入侵种对苍耳菌根真菌侵染率的影响与对苍耳根的氮浓度的影响为负相关（R2=0.37,P=0.015）,苍耳根的氮浓度而非菌根真菌侵染率的变化量与植物的地上生物量为正相关（P=0.017）。本地植物狗尾草的响应格局与苍耳的响应格局类似。本地植物稗草和黄花蒿的菌根真菌侵染率和根的氮浓度与入侵植物的生物量没有关系,可能与根的生物量的分配和入侵植物的化感作用有关。（2）不同生态策略的入侵植物对本地植物真菌群落多样性和结构的影响5种不同生态策略的入侵植物能够显著增加苍耳和狗尾草根中的真菌群落Alpha多样性指数（以Chao1指数为例）,但不影响稗草和黄花蒿的多样性指数。从真菌群落组成来看,这些生态策略不同的入侵植物显著影响了黄花蒿的子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、球囊菌门（Glomeromycota）的相对丰度,入侵植物反枝苋（慢策略）显著提高了稗草壶菌门（Chytridiomycota）的相对丰度,这些入侵植物对苍耳和狗尾草真菌群落的相对丰度没有影响。NMDS（non-metric multidimensional scaling）分析表明,5种不同生态策略的入侵植物显著影响黄花蒿的真菌群落结构,但没有影响苍耳、狗尾草和稗草的真菌群落结构。说明入侵植物对本地种的真菌群落结构的影响与本地植物的种类有关。（3）不同土壤养分下入侵植物刺萼龙葵对4种本地种真菌群落多样性和结构的影响在正常土壤养分下,刺萼龙葵能够增加稗草真菌群落Alpha多样性指数（以Shannon指数为例）;而在低土壤养分下,刺萼龙葵提高了狗尾草和稗草的多样性指数。从真菌群落组成来看,在正常土壤养分下,刺萼龙葵降低了狗尾草粪壳菌目（Sordariales）和稗草子囊菌门的相对丰度,提高了稗草未知真菌（unclassified-k-Fungi）和黄花蒿子囊菌门、担子菌门的相对丰度,降低了黄花蒿球囊菌门的相对丰度;在低土壤养分下,刺萼龙葵提高了苍耳和黄花蒿未知真菌的相对丰度,降低了狗尾草粪壳菌目、未知真菌和稗草子囊菌门的相对丰度,但提高了稗草球囊菌门和未知真菌的相对丰度。NMDS分析表明,在正常土壤养分下,刺萼龙葵显著改变了黄花蒿真菌群落结构,但没有影响苍耳、狗尾草和稗草真菌群落结构;而在低土壤养分下,刺萼龙葵显著改变苍耳、狗尾草和稗草真菌群落结构,但没有改变黄花蒿真菌群落结构。说明刺萼龙葵对本地植物的根内真菌群落结构的影响在低土壤养分下更普遍。（4）不同光照条件下入侵植物粗毛牛膝菊对4种本地种真菌群落多样性和结构的影响在正常光照下,粗毛牛膝菊提高了苍耳根中的真菌群落Shannon指数,但在遮荫条件下降低了苍耳Shannon指数,提高了稗草Shannon指数。从真菌群落组成来看,在正常光照条件下,粗毛牛膝菊降低了黄花蒿球囊菌门的相对丰度。但在遮荫条件下,粗毛牛膝菊降低了苍耳和狗尾草未知真菌的相对丰度,同时提高了狗尾草子囊菌门和接合菌门（Zygomycota）的相对丰度。NMDS分析表明,在正常光照条件下,粗毛牛膝菊显著改变黄花蒿的真菌群落结构,没有改变苍耳、狗尾草和稗草的真菌群落结构;而在遮荫条件下,粗毛牛膝菊显著改变苍耳和狗尾草的真菌群落结构,没有改变稗草和黄花蒿的真菌群落结构。说明粗毛牛膝菊对本地植物真菌群落多样性和群落组成的影响受光照调节,且随本地种的不同而发生变化。综上所述,入侵植物对本地植物的菌根真菌侵染率、真菌群落多样性和结构的影响与入侵植物的生态策略（快策略vs.慢策略）、土壤养分、光照条件、本地植物的种类有关。本研究将大大推进我们对生物共生与外来植物入侵间关系的认识,深化对外来植物入侵机制多样性及其相互关系的理解,为防控入侵提供理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 前言
•   1.1 研究意义
•   1.2 国内外研究现状及发展动态
•     1.2.1 菌根真菌的功能及其对植物的作用
•     1.2.2 外来植物入侵途径
•     1.2.3 入侵植物通过影响本地植物菌根真菌产生的间接危害
•     1.2.4 不同生态策略（即快策略vs.慢策略）的入侵植物
•     1.2.5 光照条件对陆生植物的影响
•     1.2.6 光照条件对耐阴植物和喜阴植物的影响
•     1.2.7 光照对入侵植物及其菌根真菌的影响
•     1.2.8 土壤养分与植物和土壤微生物的关系
•   1.3 研究内容及目标
• 第二章 不同生态策略的入侵植物对本地植物菌根真菌侵染率的影响
•   2.1 实验材料与方法
•     2.1.1 实验地概况
•     2.1.2 植物材料
•     2.1.3 种子采集和盆栽基质准备
•     2.1.4 育苗和移栽
•     2.1.5 实验样品的收集和保存
•     2.1.6 实验设计
•     2.1.7 指标的测定
•     2.1.8 根内丛枝菌根真菌侵染率测定
•     2.1.9 数据分析
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 不同生态策略的入侵植物
•     2.2.2 苍耳和狗尾草菌根真菌对不同入侵植物响应的比较
•     2.2.3 稗草和黄花蒿菌根真菌对不同入侵植物响应的比较
•   2.3 讨论与结论
•     2.3.1 讨论
•     2.3.2 结论
• 第三章 不同生态策略的入侵植物对本地植物菌根真菌群落结构的影响
•   3.1 实验材料与方法
•     3.1.1 植物材料
•     3.1.2 实验地概况
•     3.1.3 种子采集和盆栽基质准备
•     3.1.4 实验样品的收集和保存
•     3.1.5 根样品中真菌DNA抽提、PCR扩增和测序
•     3.1.6 数据分析
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 不同生态策略的入侵植物对本地苍耳菌根真菌群落结构的影响
•     3.2.2 不同生态策略的入侵植物对本地狗尾草菌根真菌群落结构的影响
•     3.2.3 不同生态策略的入侵植物对本地稗草菌根真菌群落结构的影响
•     3.2.4 不同生态策略的入侵植物对本地黄花蒿菌根真菌群落结构的影响
•   3.3 讨论与结论
•     3.3.1 讨论
•     3.3.2 结论
• 第四章 不同土壤养分下入侵植物刺萼龙葵对4种本地植物菌根真菌群落结构的影响
•   4.1 实验材料与方法
•     4.1.1 植物材料
•     4.1.2 种子采集和盆栽基质准备
•     4.1.3 实验设计
•     4.1.4 初始土壤理化性质
•     4.1.5 本地植物根样品测序
•     4.1.6 数据分析
•   4.2 结果与分析
•     4.2.1 在不同土壤养分处理下入侵种刺萼龙葵对本地苍耳菌根真菌群落结构的影响
•     4.2.2 在不同土壤养分处理下入侵植物刺萼龙葵对本地狗尾草菌根真菌群落结构的影响
•     4.2.3 在不同土壤养分处理下入侵植物刺萼龙葵对本地稗草菌根真菌群落结构的影响
•     4.2.4 在不同土壤养分处理下入侵植物刺萼龙葵对本地黄花蒿菌根真菌群落结构的影响
•   4.3 讨论与结论
•     4.3.1 讨论
•     4.3.2 结论
• 第五章 不同光照条件下入侵植物粗毛牛膝菊对4种本地植物菌根真菌群落结构的影响
•   5.1 实验材料与方法
•     5.1.1 植物材料
•     5.1.2 种子采集和盆栽基质准备
•     5.1.3 实验设计
•     5.1.4 初始土壤理化性质
•     5.1.5 遮荫网的遮光率
•     5.1.6 本地植物根样品测序
•     5.1.7 数据分析
•   5.2 结果与分析
•     5.2.1 在不同光照条件下入侵植物粗毛牛膝菊对本地苍耳菌根真菌群落结构的影响
•     5.2.2 在不同光照条件下入侵植物粗毛牛膝菊对本地狗尾草菌根真菌群落结构的影响
•     5.2.3 在不同光照条件下入侵植物粗毛牛膝菊对本地稗草菌根真菌群落结构的影响
•     5.2.4 在不同光照条件下入侵植物粗毛牛膝菊对本地黄花蒿菌根真菌群落结构的影响
•   5.3 讨论与结论
•     5.3.1 讨论
•     5.3.2 结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表文章

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张海艳

导师: 孔德良

关键词: 外来植物入侵,菌根真菌群落,入侵植物生态策略,土壤养分,光照条件

来源: 沈阳农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 沈阳农业大学

分类号: Q948

DOI: 10.27327/d.cnki.gshnu.2019.000176

总页数: 96

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